Расчет статической прочности светильника в ANSYS Mechanical для ООО «Заря»

Задача

Целью данной работы являлся расчет статической прочности светильника. На основании результатов численного моделирования требовалось оценить статическую прочность конструкции корпуса светильника установленного на кронштейн мачты или венец столба при действии ветровой нагрузки, согласно ГОСТ Р МЭК 60598-2-3-99.

 

Решение

Геометрическая модель светильника представлена в виде электронной объемной модели в формате программы SolidWorks.

 

Вид геометрической модели светильника с вырезом
1 – крышка блока питания; 2 – корпус светильника; 3 – блок питания; 4 – плафон;
5 – резьбовое соединение корпуса и трубы; 6 – труба; 7 – панель светодиодная.

Оценка статической прочности для деталей светильника производится по критерию Мизеса. Ветровое воздействие моделируется равномерно распределенной нагрузкой, действующей на наибольшую площадь его проекции и исходя из методики испытаний на ветровую нагрузку в итоге не должно быть остаточной деформации более 1°. Следовательно, необходимо обеспечить работу материалов конструкции светильника в упругой области деформирования. Светильник жёстко фиксируют за места крепления, согласно рекомендациям изготовителя и проводят два этапа нагружения светильника равномерно распределённой нагрузкой по наибольшей площади проекции светильника в обоих направлениях. Взаимодействие между деталями конструкции моделируются контактными элементами с опцией проскальзывания без трения на границах раздела. На участках резьбы заданы контактные элементы с опцией связи в нормальном и касательном направлении, моделирующие неразрывное соединение. Задача решается в статической постановке с учётом геометрической нелинейности (конечные перемещения, замыкание/размыкание контактных элементов) в программном комплексе ANSYS Mechanical.

 

Схемы нагружения в обоих режимах испытания, поверхности модели, имеющие граничные условия симметрии

Суммарные перемещения в обоих режимах испытания

Эквивалентные напряжения по фон Мизесу в обоих режимах испытания
(смещения для наглядности показаны в масштабе)

Распределение коэффициента запаса прочности относительно допускаемых напряжений в материалах конструкции в обоих режимах испытания
(смещения для наглядности показаны в масштабе)

Распределение энергетической ошибки по конечным элементам модели светильника

Погрешность полученных результатов расчёта можно оценить по относительной величине энергетической ошибки, которая является следствием разбиения модели на конечные элементы.

Выявленная в результате расчёта опасная точка корпуса ‑ зона отверстия для крепления к трубе, имеет очень малую относительную энергетическую ошибку, а максимальное ее значение реализуется в районе перехода от головки к стержню болта крепления корпуса и трубы. В данном положении оценка прочности не проводится, следовательно, полученные напряжения в опасной точке обладают достаточной достоверностью для выполнения оценки прочности.

Анализ результатов численного моделирования испытания светильника на ветровое воздействие в ANSYS Mechanical показал, что условие статической прочности светильника при действии ветровой нагрузки на обоих режимах испытания выполняется с минимальными значениями коэффициентов запаса 2 и 1,7 на различных режимах.